Passive solar design/ja

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パッシブソーラーデザイン 非機械的、非電気的手段を通じて太陽エネルギーを利用または誘導することです。の重要な原則である グリーンビルディング寒い冬の間は太陽熱を最大限に加熱し、暑い夏の間は太陽熱から最大限に保護する建物の設計によく適用されます。パッシブソーラーは、操作可能なデバイスがないことでアクティブソーラーと区別されます。

パッシブソーラー設計には主に 6 つのタイプがあります。^[[1] これらは、集熱器（または放熱器）と構造の内部空間との関係の観点から、3 つの一般的なカテゴリで考えることができます。^[[2] これらのカテゴリは次のとおりです 直接利益、 間接的な利益 そして 孤立したシステム。各カテゴリには 2 つの異なるアプローチがあります。^[[2]

直接利得は一種である パッシブソーラー 直接太陽放射を使用して建物を暖房する暖房システム。これらのシステムでは、建物の内部で熱伝達が発生し、そのいずれかである可能性があります 建物全体に散らばっている（例えば、床やポールに面した壁）、または 質量を濃縮してもよい..^[[2]

直接利得システムを使用する建物では、太陽光を取り入れるために南向きの大きな窓が使用されます。ただし、直接利得システムを使用するには、構造が使用する必要があります 熱貯蔵 を吸収する材料 放射線。これを怠ると、内部温度が華氏 90 度以上に上昇します。

で 間接的な利益 システム、熱伝達は建物の外壁で行われます。^[[2]間接利得システムには次の 2 種類があります サーマルウォールまたはトロンブウォール そして 屋根の池。^[[2]

から トロンベの壁

A トロンベの壁 で使用される太陽に面した壁です パッシブソーラー デザイン。1881年に発明者のエドワード・モースによって特許を取得し、1964年にフランス人エンジニアのフェリックス・トロンブと建築家のジャック・ミシェルによって普及しました。それはガラスと空気空間によって屋外から分離された巨大な壁であり、吸収します 太陽エネルギー そして夜にはそれを内部に向かって選択的に放出します。

ガラスは可視光に対しては透明ですが、赤外線（熱）に対しては透明ではないため、単板ガラスでもこのプロセスには機能します。現代のバリエーションには、蓄えられた太陽熱をより多く保持するための断熱ガラスや、屋内への対流熱伝達を可能にする高および低—場合によっては操作可能な—通気口が含まれます。

孤立したシステムの 2 つのアプローチは次のとおりです 太陽空間 そして サーモサイフォン。^[[2]

から サーモサイフォン

サーモサイフォンサーモサイフォンとも呼ばれ、 適切な技術。このプロセスは自然を利用します、 再生可能 リソースと基本 熱力学の法則 加熱された空気または水の供給の動きを作り出すため。このプロセスのエネルギー源は太陽放射（またはその他の熱源）です。太陽のエネルギーは太陽収集装置に捕捉され、伝導によって空気または水に伝達されます。プロセス全体は、によって説明できます 熱サイフォン効果: 空気や水が加熱されると、加熱源から運動エネルギーを得て励起されます。その結果、水の密度が低くなり、膨張して上昇します。対照的に、水や空気が冷却されると、分子からエネルギーが抽出され、水の活性が低下し、密度が高くなり、「沈む」傾向があります 熱サイフォニングは、冷たい流体と熱い流体の間の自然な密度の違いを利用し、自然な流体の動きを生み出すシステムでそれらを制御します。このテクノロジーに基づくいくつかのシステムが現在利用可能であり、次のテキストで詳しく読むことができます。

サーモサイフォン システムの原理は、冷水は温水よりも比重（密度）が高いため、重くなると沈んでしまうということです。したがって、コレクターは常に貯水タンクの下に取り付けられており、タンクからの冷水は下降する水道管を介してコレクターに到達します。コレクターが水を加熱すると、水は再び上昇し、コレクターの上端にある上昇する水道管を通ってタンクに到達します。タンク → 水道管 → コレクターのサイクルにより、水が平衡温度に達するまで確実に加熱されます。その後、消費者はタンクの上部からお湯を利用でき、使用された水は下部の冷水に置き換えられます。その後、コレクターは再び冷水を加熱します。太陽放射照度が高いほど温度差が大きくなるため、温水は放射照度が低いときよりも速く上昇します。したがって、水の循環は太陽放射照度のレベルにほぼ完全に適応します。サーモサイフォン システムの貯蔵タンクはコレクターのかなり上に配置する必要があります。そうしないと、夜間にサイクルが逆方向に実行され、すべての水が冷えてしまいます。さらに、非常に小さな高低差ではサイクルが適切に機能しません。日射量が多く、平らな屋根の構造を持つ地域では、通常、屋根に貯蔵タンクが設置されます。非常に小さな高低差ではサイクルが適切に機能しません。日射量が多く、平らな屋根の構造がある地域では、通常、屋根に貯蔵タンクが設置されます。非常に小さな高低差ではサイクルが適切に機能しません。日射量が多く、平らな屋根の構造がある地域では、通常、屋根に貯蔵タンクが設置されます。

サーモサイフォン システムは家庭用給湯システムとして非常に経済的に動作します。原理は単純で、ポンプも制御装置も必要ありません。ただし、サーモサイフォン システムは通常、大規模なシステム、つまりコレクター表面が 10 m² を超えるシステムには適していません。さらに、傾斜屋根の建物ではタンクをコレクターの上に置くことが難しく、単回路サーモサイフォン システムは霜が降りない地域にのみ適しています。

主な建築設計手法は次のとおりです

• 落葉樹の植樹または トレリス 落葉樹または一年生ブドウの木で覆われています。これはフェンスまたは日陰の屋根として、夏には日陰を提供し、冬には光と暖かさを提供します。
• 空における太陽の位置の季節変化と、それが構造物に当たる光の角度と強度に与える影響を考慮してコンポーネントを設計および構築します。この例としては、次のようなものがあります:
  • 広い軒は、夏の間は太陽光が窓に入るのを妨げますが、太陽が空に低い冬には太陽光が入ることを可能にします。
  • 日陰の壁（あまり一般的ではありません）: 日陰を提供するための、家の境界を越えた壁またはフェンス。壁は家の東側および/または西側を東西に走り、北半球では家の北側、南半球では南側（つまり、赤道から離れた側）にあります。角度と配置は、夏には早朝や午後遅くの太陽から家を守るために計算されますが、冬には計算されません。ただし、これには多大なリソースが必要であり、壁に他の理由がない限り、特に大きな窓がある場合は、落葉樹や日よけなどの他の方法を使用する方が一般的に良いです。
• 熱質量: あらゆるパッシブソーラー設計の重要なコンポーネント。その目的は、熱エネルギーを吸収して再放射することです。これは、毎日の最高気温と最低気温の極端な値を平均化する効果があります。熱質量は通常、受動的質量と能動的質量の 2 つのカテゴリに分類されます。パッシブ熱質量蓄熱システムには以下のものがあります:
  • 厚い石積みの壁および床
  • 相変化材料: これらの材料は加熱されると相が変化し（通常は固体から液体に）、対応する温度変化なしに大量の熱エネルギーを蓄えます。例としては、さまざまなハイテクコンクリート添加剤や、サザンイエローパインに見られるような天然樹脂が挙げられます。
  • 加熱（または冷却）されるスペース内の大きな液体貯蔵タンク
• 空気と熱塊の間で熱を伝達するパイプ（例:家の下の地面、自然対流または静かな低出力ファンを使用）
• 白い屋根
  • 暗い屋根は大量の太陽エネルギーを吸収し、それが建物に伝達されます。この吸収熱の増加により、建物、住宅、職場を撤去して冷却し、快適な環境を維持するために電気エネルギーの増加が必要になります。また、暗い色は寒い条件でも熱をより容易に放射するため、建物からの熱損失が大きくなり、暖房コストが高くなります。
  • 白い表面では、表面の反射率であるアルベドまたは「白さ」が増加します。屋根の反射率が高いと、吸収されて建物に伝達されるエネルギーが少なくなります。
• ソーラークロゼット
  • 暗い素材で裏打ちされた浅いガラス張りのクローゼットは、太陽にさらされると非常に熱くなります。一方向バルブ（金網の上にプラスチックシートを敷くのと同じくらい簡単かもしれません）を使用すると、底部に冷たい空気が入ってきて、上部に熱い空気が出ます。暖房だけでなく、お湯の加熱にも使用できます。
• これらの対策を適切に活用し、組み合わせると、建物のエネルギー効率は従来の設計対策よりもはるかに高くなる可能性があります。

パッシブソーラーデザインという用語と パッシブハウス しばしば混乱します。2 つの用語が指します グリーンビルディング 技術であり、密接に関連しています。^[[3]

パッシブソーラー設計は、利用可能な自然光と熱を最大限に活用することです。太陽からの熱が収集されます（暖房が必要な場合、つまり涼しい気候の場合）。パッシブソーラー設計の大部分は、太陽に対する慎重な向きです。^[[3]パッシブハウスの設計は、熱損失と熱利得（太陽だけでなくあらゆる熱源から）を管理することです。意図された結果は、加熱と冷却に最小限のエネルギーを必要とする構造を持つことです。^[[3]そのため、太陽に対する向きが絶対に必要ではないため、パッシブハウス設計はソーラー設計よりも適用性が高いと言う人もいます。パッシブハウスの設計では、赤道に面した側に広範なガラスを備えた東西軸に沿って細長い構造が必ずしも必要ではありません。実際、パッシブハウスの理想的な形状は立方体（表面積と体積の比が低い）です。^[[3]パッシブソーラーハウスは設計がより複雑であるとも言われており、設計が不十分だと内部温度が不快に変動する可能性があります。^[[4] 超断熱の支持者は、ソーラーハウスと比較して、壁や高い R 窓に多くの断熱材を備えた気密建築を行うことで、より大きな節約が得られると述べています。^[[4]そのため、パッシブソーラーと超絶縁体の議論が超絶縁体のより広範な受け入れにつながったと考える人もいるが、^[[4]より効率的なアプローチは、パッシブソーラーとパッシブハウス設計要素の両方を利用することになる可能性があります 「ソーラーパッシブハウス」。^[[3]したがって、この記事の残りの部分では、(70 年代と 80 年代の元のパッシブ ソーラーの概念ではなく）パッシブ ハウス デザインと重複する用語の現代的な意味でのパッシブ ソーラーを扱います。

から パッシブ年間蓄熱

パッシブ年間蓄熱（PAHS）は、アースシェルター内に年間を通じて住みやすい温度を作り出す建築コンセプトです パッシブソーラー 加熱と熱電池効果。PAHS の原則に従って設計されたアースシェルターは、夏には太陽の熱を蓄え、冬の間は他の暖房を必要とせずにゆっくりと放出します。この方法は、発明家のジョン ハイトによって 1983 年の著書で初めて説明されました。。^[[5] フランスで最近文書化された例が見つかります ここ、 数年にわたって記録された気温を含む。

パラスのパッシブソーラーデザインギャラリー

パラスのソーラーギャラリー

太陽熱暖房ボックス

• パッシブソーラーデザイン（MP3 オーディオファイル）。からの明確で基本的な説明 OurCoolHouseポッドキャスト